阀控式蓄电池直流内阻特性在线监测采集装置设计与应用

2024-04-25陈加健

机电信息 2024年8期

陈加健李昊俞威

（国网浙江省电力有限公司建德市供电公司，浙江杭州 311600）

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变电站一般使用串联阀控铅酸蓄电池组作为后备电源，因此单节蓄电池的失效可能会影响整个电池组的可靠性。电池容量是蓄电池的重要指标，目前蓄电池容量一般使用恒流放电法进行测试[1]。然而，在蓄电池组投入运行后，用恒流放电法检测蓄电池容量的工作量很大，而且要求蓄电池退出运行状态，这严重影响了变电站的正常运行[2]。

近年来，随着人们对蓄电池认识的不断深入，蓄电池内阻在蓄电池容量上的评估价值逐渐得到人们的重视。内阻的大小能在一定程度上反映蓄电池的容量和电能输出能力。尽管许多研究指出，蓄电池的内阻值并不能直接反映电池的剩余容量，但内阻明显的变化还是可以在一定程度上反映蓄电池性能的劣化[3]。IEEE在其关于蓄电池维护的推荐性指标中，也把蓄电池内阻的测量作为重要维护手段。因此，对蓄电池内阻进行监测，对评估蓄电池的工作状态有着重要价值[4]。

此外，目前变电站蓄电池充电模块充电采用恒流模式，当单个蓄电池内阻出现变化时，充电模块不能减小充电电流，仍然根据设定电流进行充电，这样易造成性能下降的蓄电池脱水，发生过充外壳鼓包现象，还可能造成过热起火燃烧。日常蓄电池内阻检测能及时发现性能下降的蓄电池。但变电站蓄电池数量多则数百只，少则十数只，采用传统便携式蓄电池内阻检测仪器，依靠运维人员人工检测工作量很大，且容易造成疏漏。

交流注入法是指将蓄电池视作有源电阻，并在蓄电池两端注入50 mA、1 000 Hz的交流电流，经整流、滤波和采样后确定蓄电池电压值，并经计算后得到蓄电池电阻值[5]。交流注入法能有效测量不同容量蓄电池的电阻，且不受电池极化的影响。此外，该方法的测量耗时仅在100 ms左右，耗时极短，不会对蓄电池造成损伤，且能多次进行测量，并支持在线测量。ARM具有强大的运算能力，且具有低功耗、低成本等特点，是嵌入式开发的重要工具。本研究基于ARM设计阀控式蓄电池直流内阻特性在线监测装置，对蓄电池内阻的突变进行实时上报，能实时有效发现性能下降的蓄电池，确保变电站的安全稳定运行。

1 阀控式蓄电池直流内阻特性在线监测采集装置的设计

阀控式蓄电池直流内阻特性在线监测装置是基于交流信号注入法设计。其工作原理是采集终端由ARM控制DDS信号模块产生1 kHz信号送入增益放大器，ARM控制DAC芯片输出控制信号调节放大器的增益，输出符合幅值要求的信号，送到推挽功率放大电路进行功率放大，经过隔离放大器后输出加到被试品两端。采集终端保存特性参数测量数据，运检人员可通过手持终端读取每节蓄电池的特性参数数据。

1.1 系统总体结构框图

阀控式蓄电池直流内阻特性在线监测采集装置的总体框架图如图1所示。

图1 系统总体结构框图

数据采集器采用基于DDS数字信号源设计的变频电源，ARM控制DDS器内部生成数字频率合成信号，经过DAC芯片程控变频源的输出幅值，电流源最大输出1 A，开口电压5 V，采用阻容集成传感器采集输出电流，通过数字补偿算法进行补偿，具有抗干扰能力强、输出电流大、稳定度高、频率分辨率高、谐波小、数字化控制等优势。

根据逻辑功能的区别，将本装置分为主控模块、母线直流电流检测模块、合成信号输出调理模块和电源模块。